无机钙钛矿太阳能电池可简化的仅剩下CsPbBr3层

钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率(> 22.7%)，被研究人员认为是近年来最有希望解决能源问题的途径之一。然而，传统有机-无机杂化钙钛矿吸光材料的稳定性却成为其商业化的最大障碍。为此，研究人员尝试开发新型的钙钛矿结构吸光剂。其中，具有钙钛矿结构的CsPbBr3表现出非常优异的光学、热学和化学稳定性，是一种较为理想的电池材料，目前已通过技术优化、界面优化等方式将电池效率提升至13%以上。但该类电池仍存在一定的问题：首先，传统的二氧化钛电子传输层不仅需要较高的煅烧温度，不利于柔性器件的制备，而且在紫外光照射条件下会对钙钛矿材料具有严重的降解作用;其次，目前常用的空穴传输层中吸湿性添加剂的存在也会降低电池的稳定，增加生产成本，不利用电池的商业化进程。因此，如何改善CsPbBr3无机钙钛矿太阳能电池的制备过程，降低制备温度以及生产成本是目前急需解决的问题之一。

成果简介

近日，暨南大学新能源技术研究院唐群委教授(通讯作者)构建了一种简化的无机钙钛矿电池器件，其基本结构为FTO/CsPbBr3/Carbon。研究人员避免了传统电子传输层以及空穴传输层的使用，简化了电池的结构以及制备过程，同时该结构的电池器件在标准光强下获得2.35%的光电转换效率。与传统的电池结构相比，该器件的性能较低，其主要原因可以归结为：界面间的能级差较大，电荷提取能力较弱，造成严重的界面电荷复合现象。为此，研究人员进一步利用石墨烯量子点和CsPbBrI2钙钛矿量子点进行界面修饰，将电池效率提升至4.1%。相关成果以题为“Simplified Perovskite Solar Cell with 4.1%-Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber”发表在Small杂志上。

图文简介

图一 电池器件的组装过程以及相关的表征

(a)CsPbBr3的制备过程;

(b)PbBr2和CsPbBr3薄膜的表面形貌;

(c)无机钙钛矿电池的SEM断面图和能级图;

(d)CsPbBr3的紫外吸收曲线;

(e)CsPbBr3的带隙计算;

(f)CsPbBr3的XRD图谱;

图二 电池器件的光伏性能表征

(a)不同电池结构的J-V曲线;

(b)不同电池结构的IPCE曲线;

(c)不同电池结构的稳态输出曲线;

(d)电池的效率分布;

图三 电子复合表征

(a)量子点修饰前后钙钛矿薄膜的稳态PL测试;

(b)量子点修饰前后钙钛矿薄膜时间分辨荧光光谱;

(c)短路电流密度与光强的关系曲线;

(d)开路电压与光强的关系曲线;

图四 电池的稳定性能